淺談城市三維地下管線數據建庫建模

陳 勇，王明洋，張 云，李 勝，應國偉

(國家測繪地理信息局地下管線勘測工程院，四川成都610050)

三維地下管線是“數字城市”不可或缺的部分，三維地下管線數據庫是“數字城市”建設的重要基礎數據。為建立高標準、高精度的三維地下管線數據庫，從管線探測、數據采集、數據庫設計、三維模型制作到數據入庫，必須嚴格按照《城市地下管線探測技術規程》等規程規定進行作業，同時緊密結合三維管線的特點進行細致、科學、全面的技術改進，革新傳統地下管線數據建庫工藝，準確、完整、科學地記錄地下管線及其附屬設施的三維地理信息、三維構造、管線走向變化和其他相關屬性信息，為三維管線的精確表達做好數據準備。

一、國內三維地下管線的數據現狀

目前，國內沒有成型的三維管線數據采集標準，也沒有成型的三維管線數據庫標準。國內的三維地下管線數據獲取方法可主要分為兩類:①直接將以前的二維管線數據轉成三維管線數據;②采用新的方法進行管線數據采集和建庫。

對于第1種方法，由于傳統的二維管線數據在管點采集密度上達不到三維管線的要求，且缺少管線附屬物相關信息，無法正確記錄和表達管線及其附屬物的三維空間信息和相對位置信息，是不可取的三維管線數據采集辦法。

對于第2種辦法，很多作業員在數據探測或采集時不清楚設置管點的重要位置和關鍵位置，也無法正確把握管點設置的密度，會導致采集的數據無法表達三維管線的某些關鍵的走向變化;有的項目設計者不清楚要采集管線附屬物的哪些信息，導致最后的管線附屬物呈假三維形態，脫離了三維管線建設的目標。

管線數據采集手法不科學、管線附屬設施信息采集不完備是當前國內三維管線建設項目存在的普遍問題。

二、三維地下管線的數據采集

為建立全面、準確的三維地下管線數據庫，必須做好三維地下管線數據采集工作，嚴格控制數據采集質量，全面采集三維管線及其附屬物的相關信息。

地下管線的走向不是一條直線，在平面上有走向變化，同時在垂直面上也有走向變化。在進行三維管線數據采集時，必須科學設置管點采集密度才能保證正確記錄管線在平面上的走向變化，必須對同一垂直面(近似垂直面)上的管段采集兩個(大于兩個)管點才能保證正確記錄管線在垂直面上的走向變化，確保不會出現漏走向、漏管段的現象。

為全面建立三維地下管網系統，管線附屬物及建(構)筑物的三維化是不可缺少的部分。在進行管線信息采集時，必須對管線附屬物及建(構)筑物的三維空間信息及材質、尺寸等信息進行全面采集。

三維地下管線數據采集要點:

1)管線數據采集時，采取連續追蹤方式進行，并適當加密直線段上的管線點，確保管線走向正確。

2)管線相對于地面垂直(近似垂直)時，需設置兩個管線點，埋深分別取最高和最低處的埋深，確保完整、準確記錄關鍵管段走向。

3)針對管線附屬物和建(構)筑物，除采集其空間位置信息外，還應采集其材質、井深、直徑或長寬等信息。

4)外形和結構相同，但大小不同的附屬物或建(構)筑物屬同一類，同一類的附屬物或建(構)筑物的照片信息只采集一次，材質和尺寸信息必須每次都要采集。

三、三維地下管線數據庫組織

表達三維地下管線需要兩類數據，即屬性信息數據和模型數據，故三維地下管線數據庫包括兩類庫:管線數據庫和模型文件庫。

三維地下管線數據庫結構如圖1所示，三維地下管線數據庫總庫由“管線數據庫”和“模型文件庫”兩個子庫構成。“管線數據庫”按管線類別進行分類存儲，如給水、污水、供電、燃氣等，每類管線數據庫下存儲“管線”和“管點”數據表，“管線”和“管點”數據表中存儲有模型標識信息、地理信息、尺寸信息及其他相關信息。“模型文件庫”下有“管道模型”、“管件模型”和“附屬物模型”3個子模型文件庫，每種子模型文件庫中的模型都是唯一的，此處“唯一”由結構、形狀、顏色確定。

圖1 三維地下管線數據庫組織示意圖

四、三維地下管線數據庫建庫

1.建庫原則

三維地下管線數據庫建庫嚴格執行以下原則:科學、完整、通用、先進。

只有建立科學、完整的數據庫才能有效表達三維管線;只有通用性良好的數據庫才能普遍適用于當前不同形式的管線數據;只有先進的數據庫才能應用于未來可變的管線數據形式。

三維地下管線數據庫的組織嚴格按照圖1所示進行，建立一個三維地下管線數據庫總庫，總庫下面建立管線數據庫和模型文件庫兩個子庫。

2.管線數據庫建庫

為保證管線數據的通用性和易用性，管線數據庫宜采用Microsoft Access 2000及以上版本，數據庫格式為MDB格式。管線數據庫下按管線種類分別建管線數據表和管點數據表。

(1)管線數據表

為準確表達管線的三維構造和走向，管線數據表必須具備如表1所示的字段及信息。根據實際需要，管線數據表一般還包括權屬單位、材質、道路名稱、錄入日期、電壓、壓力、流向、建設年代、是否廢棄等字段及信息。

表1 管線數據表必備字段

(2)管點數據表

為配合管線數據表準確表達三維管線，且完整記錄和表達三維附屬物，管點數據表必須具備如表2所示的字段及信息。根據實際需要，管點數據表一般還包括道路名稱、信號源等字段及信息。

表2 管點數據表必備字段

3.模型文件庫建庫

模型文件庫下分別建立管道模型文件庫、管件模型文件庫和附屬物模型文件庫3個模型文件子庫。采用通用的三維建模軟件進行建模，存儲格式為通用三維展示平臺所支持的格式。

(1)管道模型文件庫

管道模型首先按照管線類別進行1級分類，如給水管線;1級分類下面根據管道斷面的形狀進行2級分類，包括圓形管道和矩形管道。進行三維建模時，管線類別相同的管道嚴格按照國家和行業相關標準及規定給模型渲染正確的材質和顏色。

(2)管件模型文件庫

管件模型首先按照管線類別進行1級分類，如給水管件;1級分類下面根據管件斷面的形狀進行2級分類，包括圓形管件和矩形管件。進行三維建模時，管線類別相同的管件嚴格按照國家和行業相關標準及規定給模型渲染正確的材質和顏色。

(3)附屬物模型文件庫

附屬物模型首先按照管線類別進行1級分類，如電信附屬物;1級分類下面按照附屬物類別進行2級分類，如分為井、井脖、井室、消防栓、閥門、分線箱等;2級分類下面根據形狀和結構進行3級分類，如圓形、方形;3級分類下面根據材質或顏色進行4級分類，對4級分類結果進行三維建模，如灰色的圓形電信井蓋。

四、結束語

為準確、真實地表達地下管網系統的三維形態，需要采用科學有效的數據采集方法和建庫方法，逐步形成完備、嚴密的三維地下管線數據建庫標準。

略)